Voltage-Gated Nanofluidic Synapse with Cation−π Interactions Enabled Ultra-Long-Term Memory

突触 纳米技术 期限(时间) 纳米流体学 材料科学 电压 神经科学 光电子学 化学 电气工程 物理 工程类 生物 量子力学
作者
Xinwen Peng,Guoyuan Zhang,Hao Tian,Haoxuan Jiao,Caichao Ye,He Zhao,Linxin Zhai,Di Wang,Yuegang Zhang,Yahui Xue
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:25 (34): 12905-12913 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.5c02900
摘要

Voltage- and ligand-gated ion channels are crucial for neural information transmission and processing, inspiring ionic emulation via ion dynamics. Here, we report a voltage-gated nanofluidic synapse based on atomic-scale graphene channels that exhibit both short- and long-term plasticity. Short-term plasticity originates from transient ionic adsorption at the channel entrance. Long-term plasticity for potentiation and depression shows exceptional durability, with ∼50% synaptic enhancement and ∼40% suppression persisting beyond 5 h without noticeable decay, respectively, indicating ultra-long-term memory. Energy dispersive spectroscopy (EDS) reveals that the nonvolatile ionic memory is attributed to the persistent retention of deeply inserted potassium ions within graphene channels due to cation-π interactions. The device also demonstrates other essential synaptic functions, including paired-pulse facilitation (PPF) and depression (PPD) as well as spike-timing-dependent plasticity (STDP). Logic operations (AND/OR gates) are implemented by using multiple devices. The development of multifunctional graphene nanofluidic synapses benefits ionic neuromorphic computing.
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